5G時代移動通信網絡低成本建設思路探討

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前言

對比4G，5G在無線頻譜、業務特性、網絡結構、設備功耗等方面均存在差異，導致建設成本增加。從無線頻譜角度分析，5G主覆蓋頻段為3.5GHz和2.6GHz。由于無線信號頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越短。所以5G想要達到與4G同樣的覆蓋效果，需要建設更多的基站。從業務特性角度分析，5G重點應用于VR/AR等高帶寬業務，要求網絡邊緣下行速率≥100Mbps，上行速率≥5Mbps，因此相比4G組網，整體的站點規模將提升2～4倍。從設備架構角度分析，5G分為CU/DU分離架構和CU/DU一體化架構。如果采用大規模天線技術，則射頻和天線需要集成為AAU設備；否則，采用RRU和天線兩種獨立設備組成形式。相比原有的4G設備，5G AAU在重量和設備的迎風面積上均有所增加，可能導致現有塔桅不能滿足使用要求，增加塔桅改造成本。從設備功耗角度分析，5G基站在發射功率、帶寬、用戶連接數等方面較4G有了大幅提升，相同業務負荷下，5G基站的單站功耗大約是4G的2.5～3.5倍，增加配電和備電成本，其中AAU功耗增加是5G功耗增加的主要原因。

在借鑒4G網絡成功經驗的基礎上，應分析5G網絡差異化的特點，針對性地進行建網思路的調整，優選低成本建設方案，提升投資效率，實現效益最大化。

1 低成本建設思路

移動通信網絡建設首先應貫徹國家基本建設方針政策和技術經濟政策，符合國家相關技術體制、技術標準及使用頻段規定；其次應密切結合實際需求，合理利用頻率資源，做到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量，適應用戶不斷增長和業務發展的需要；同時，建設方案應滿足節約土地、能源和原材料，保護自然環境和景觀的要求，滿足國家和電信行業的基礎設施共建共享相關規定，充分利用已有的基礎設施實現共建共享。

1.1 無線網建設思路

（1）總體思路

充分利用5G多頻段、設備多樣化特點，組合建網：①在室外，FDD和TDD融合建網，利用TDD大帶寬、高容量優勢在城區提供連續覆蓋，利用FDD低頻段優勢在郊區場景提供廣覆蓋；②在密集城區，宏微協同立體組網，快速低成本實現5G網絡的疏忙補盲；③在樓宇內，室外和室內協同部署，滿足交通樞紐、大型場館、商務樓、大型商場等場景的網絡覆蓋需求，包括室分外引、樓宇對打等[1]。

（2）基站設備選型

1）設備選型。室外基站：核心城區等業務密集區通過64TR設備完善布局覆蓋，采用4TR微站完成補盲區域覆蓋；普通城區以32TR設備為主，拓展性覆蓋以4TR為主。道路覆蓋采用8TR/4TR等設備完成部署。室內基站：室內高流量、高價值區域采用4TR數字化室分系統進行覆蓋；高流量中價值區域可通過數字化室分外接無源天線擴大覆蓋距離；普通區域通過低頻重耕方式對傳統DAS系統進行升級改造，實現5G部署。

2）社會化基站。目前基站主設備主要由五大廠商進行供貨，但各大運營商為了降低建設成本，規劃了不同功率、不同形態的其他基站產品以適配不同場景下的網絡覆蓋，這類產品的供貨商可以由除了五大廠商外的其他廠家提供，這類產品歸為“社會化基站”。社會化基站分為四大類（微站、低容量宏站、直放站、微分布），共計八種產品（擴展性微站、一體化家庭級微站、一體化企業級微站、低容量宏站、無線直放站、光纖直放站、低功率微分布、大功率微分布），可按照不同產品特點適配不同場景：①對于非口碑場景的中小型建筑室內（部分深度覆蓋場景、支付場景、室內投訴場景），建議采用微站部署；②對于地下停車場、電梯、小型商業場所場景，建議采用數字微分布系統部署；③對于偏遠農村、低業務量景區，建議采用低容量社會化宏站、數字直放站部署。

3）基站新設備。針對運營商多制式設備共存，設備廠家提出極簡站點的概念，通過設備全室外部署，減少天面/站點/機房的租金，降低網絡TCO。針對部分天面空間極度受限的場景，某廠商2019年推出Blade AAU，以簡馭繁將Sub-3G和32TR Massive MIMO集成一體，解決單天面5G Massive MIMO的部署難題；2020年發布支持64TR Massive MIMO和Sub3G全頻段合一的Blade AAU Pro解決方案，基于獨特的透明天線技術，實現64TR Massive MIMO和Sub3GHz全頻段的極簡部署，持續降低站點部署成本。應對部分TDD大帶寬獲取困難或容量重載的市場，某廠商推出了FDD M-MIMO，可大幅提升小區容量至4T4R網絡的3～4倍。

（3）設備節能

5G基站設備的高功耗是運營商大規模部署5G的棘手問題， 5G節能技術的研究和應用可降低設備功耗，實現更加綠色、高效、可持續發展的5G 網絡，滿足 5G 發展及網絡運營要求。常見的網絡節能技術主要有基礎節能和基于負荷預測的AI節能。基礎節能手段是網絡節能立身之本，由于人類活動具有規律性，針對同一片區域而言，通信網絡負荷會隨著時間呈規律性變化，話務量的分布在閑時和忙時其實并不平均，通過基站側節能算法的使用可實現閑置資源的關斷，達到節能目的。比較常見的基礎節能功能包含符號/時隙關斷、通道關斷、載波關斷和設備深度休眠等，由于已在4G中廣泛采用，不再贅述。

基于負荷預測的AI節能，一站一策提升節能效率。AI節能在基礎節能功能上引入大數據分析和人工智能技術，結合具體場景選擇基站關斷策略，并根據節能效果的評估，迭代更新現有的節能策略，在負荷預測的基礎上實現多層多制式網絡智能節能，一站一策優化節能效果，實現能耗與性能之間的平衡。其核心技術主要包括：識別場景訂制策略、預測負荷優化節能、KPI在線迭代調優等。

①識別場景定制策略：根據網絡負荷的分布不同，可對相應的空閑網絡、資源進行節能。通過覆蓋識別和配置識別技術實現初始策略自配置，通過負荷門限智能確定小區節能時間段。②預測負荷優化節能：基于網絡負荷性能數據（上行/下行PRB利用率，RRC用戶數等負荷信息）統計，區分不同的部署場景、工作日/節假日的時間特性等進行建模，利用時間序列預測算法完成話務負荷預測，驅動節能時段和節能門限的適時應用，保證網絡性能的同時優化節能效果。③KPI 在線迭代調優：針對節能而言，進入關斷的門限值越高，節能效果越好，但傳統的節能方案，為了顧及網絡中各種場景的差異性，一般情況下設置關斷進入門限較為保守，使得節能效果受損。使用KPI回滾式自優化策略，可尋找節能進入門限與網絡性能的拐點，最大化節能。

（4）低頻重耕

通過對現有低頻資源的使用分析和重耕，可有效完善城區深度覆蓋、擴大郊區廣度覆蓋，同時也能減少站址密度，節約建設成本。例如，運營商普遍采用3.5GHz和2.6GHz頻譜資源進行城區5G網絡布局建設。但在郊區廣覆蓋上，可結合話務分析，將現有4G網絡的2.1GHz頻譜資源進行5G重耕，隨著2/3G減頻退網步伐的加快，后期可視1.8GHz和0.9GHz頻譜資源使用情況，將頻譜資源進一步重耕至5G，實現低成本共享4G站址資源，可快速擴大5G廣度覆蓋[2]。

1.2 基站站址選址思路

在5G時代，由于基站具有3D波束賦形功能，基站位置選擇較4G更加靈活，同時未來完善的5G網絡基站密度比4G高很多，需要進行大規模的站址新建，充分利用國家政策內開放的建筑/構筑物資源可有效降低建網成本。

①利用城鄉規劃推進選址工作，提升選址工作效率、提高站址穩定性。獲得合法建設依據，批量協調、獲取公共用地站址資源，降低選址協調難度，降低站址獲取成本。②充分利用現有網絡站址資源進行利舊，無法滿足的進行相應改造后再利舊；針對部分友商已入駐的資源，通過共建共享、資源置換等方式做到資源充分共享利用，達到雙贏。③5G站址的選擇可靈活利用建筑物和地形資源，在城區通過利用樓面、墻面等資源，降低桿塔架設高度，采用靈活小配套資源設站，降低建設成本。④后續5G微站的大規模部署階段，社會塔資源將會是很寶貴的資源，微站站址應提前進行儲備，將路燈桿、監控桿、廣告牌、智慧桿等納入站址儲備庫。

1.3 塔桅建設思路

塔桅作為天饋系統的承載基礎，建設成本在整個通信項目的投資中占比較大，可以通過優化方案降低建設成本可有效改善投資效益。

5G建設初期以利舊站址為主，塔桅利舊應按照“存量滿足、共享改造、天線整合、結構化改造”的思路，確保成本節約：①存量滿足：存量塔有空余抱桿的，在復核承載能力后，能夠滿足荷載要求的直接掛載。②共享改造：通過精細化復核（包括核實風壓系數、單管塔水平位移限值調整、格構式塔架阻尼比調整、設計年限調整等），挖掘存量塔的掛載能力，并通過簡單改造實現共享。精細化復核相對于傳統復核方式，一般可使滿載的存量塔提升3～6副天線的掛載能力。③天線整合：分析現網天面占用情況，優先考慮天線收編，制定天面整合策略，包括現網RRU設備、天線位置調整和設備整合。④結構化改造：通過將原有塔桅進行美化拆除、徽標拆除、平臺更換、平臺拆除、降低塔高等方式，減小擋風面積，降低風荷載，實現塔桅天饋承載能力的增加[3]。

1.4 機房/機柜

5G時代站點將采用C-RAN模式，CU單元集中部署于核心機房、匯聚機房、綜合業務接入機房及BBU集中點，AAU通過拉遠方式部署于遠端，這種扁平化架構可以大量節省機房需求數量。因此機房/機柜的建設優先考慮通過拉遠方式實現機房免配，機柜的建設可通過以下方面實現低成本。

（1）優先采用一體化機柜實現電源、傳輸、遠端設備的一體化部署，節約占地面積，實現資源高效使用，節省成本；

（2）微站建設采用光電一體箱等集成設備，通過機柜掛桿方式取代落地機柜，美化環境，節省成本。

1.5 電源建設思路

應堅持“充分共享、持續創新”，通過據實測算電源及電池容量需求，緊密跟蹤新技術演進，創新產品方案，最大程度利用存量資源，精準配置，降低電源專業投資。

可從以下幾個方面實現低成本建設：①分場景制定差異化配、備電方案，根據需求調研分析，充分論證備電必要性，部分市電穩定場景可減配、免配蓄電池；②分場景制定差異化備電時長方案，滿足需求的優先共享、改造，減少新建；③開關電源的改造在傳統模塊擴容、整機替換的基礎上，使用差異化備電設備、插框改造、插框并聯等技術實現系統擴容改造；④蓄電池的改造通過蓄電池共用管理器、電源控制器、模塊化開關電源、微站電源、AC-DC模塊等多手段比選實現方案最優；⑤引入“極簡、智能”電源產品，如“刀片”電源、智能鋰電、高密電源等新技術產品，滿足不同場景下的電源系統改造、擴容和新建。

1.6 外市電引入建設思路

外市電引入應堅持充分共享，方案創新，多方案選優實現外電的低成本建設。

①直流遠供：在上端站電力容量滿足的情況下，通過直流遠供實現“1 to N”集群供電模式，解決供電及備電需求。②市電削峰：在基站系統負荷高峰時，主動降低電池充電電流，優先通信設備供電，實現電池錯峰充電，減少外電改造站比例。③集中供電：針對基站密度大、站間距小，例如市區場景，特別是引入直供電困難的區域，選取市電容量富裕、穩定可靠的直供電引電點，在一定范圍內為周邊基站交流集中供電，有效管控引電距離，降低單站造價。④站點疊光：通過在基站疊加光伏發電系統，提升基站整體供電容量，避免交流引入改造。利用自然能源，實現節能減排[4]。

2 結束語

本文從基站建設角度對低成本建網思路進行了探討分析，涉及無線網、選址、電源、塔桅、機房/機柜等專業，供各建設單位和設計單位參考借鑒。在實施中應結合不同場景的特點，通過方案比選，優化組合建設方案。